VANET环境下的道路交通安全问题及关键技术研究

摘要

近年来，车辆保有量随着政策及生活等因素的影响而逐渐上升，而汽车带来便利的同时也产生了许多不利影响，诸如交通事故增加，人员伤亡增多，尾气排放问题等（其中的二氧化碳排放更是造成了温室效应）。因此，本文将重点研究道路的交通安全问题以及部分关键技术的实现。本文的主要工作有以下几个方面:
　　(1)研究分析交通流的数学模型。首先通过马尔可夫链(Markov Chain)模型表达车辆在道路上的转移状态，详细介绍随机进程代数马尔科夫的基本理论以及推导引理的证明与应用。其次，通过结合现有理论研究，导出车辆到达遵循的分布规律，即在车流密度较小时遵循泊松分布规律，在车流密度较大时则遵循二项分布规律。此外，文章详细介绍了当前流行的数据采集与发送技术。就其中的射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术进行了全面介绍，包括射频识别技术的流程、原理以及关键技术，后续章节将利用射频识别技术进行相关数据的收集与发送。
　　(2)将车辆与行人不遵守交通规则的行为划分为两个部分:车与车之间以及车与人之间的违法行为。对待行人不遵守交通规则时，通过数字图像处理技术或者射频识别技术获取行人的异常行为并加以分析，再通过路边单元(Road Side Unit，RSU)以及车辆本身进行多跳传输相关紧急信息，及时告知后续车辆，避免交通事故的发生。对待车辆不遵守交通规则时，通过相关算法计算出车辆是否有闯红灯嫌疑，一旦确定有闯红灯嫌疑，通过扩音器将相关紧急信息发送给行人，行人根据相关算法采取必要措施，从而避免交通事故的发生。
　　(3)重点对多跳通信(Multi-hop Communication)技术进行了分析研究。通过将时间车头时距(Time Headway)和空间车头时距(Distance Headway)联合在一起，运用模糊逻辑系统(Fuzzy Logic System)，计算出多跳(Multi-hop)通信中下一跳(Next-hop)信息接收者。本文通过对比时间车头时距以及空间车头时距两种算法，通过仿真结果验证了本文提出的基于模糊逻辑系统算法的优越性。此外，文章还模拟计算了交通事故碰撞时产生的伤害，通过计算碰撞产生的冲量，确定驾驶员与乘客以及行人的受伤程度。
　　(4)最后，将上述算法应用在实际当中，通过TraCI4Matlab软件仿真南京市的一个实际繁华路段场景。通过该场景的仿真计算，其结果可以看出本文算法的优势。此外，文章还通过改进汽车尾气CO2的排放公式算法，提出可使汽车尾气CO2的排放大大降低的策略。该算法以及策略不仅可确保道路交通安全，还实现了减排计划，完成了绿色出行的目标。

目录

摘要

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文结构安排及主要内容

第2章 基于随机分布规律的数学模型及相关应用技术介绍

2．1．1 离散随机马尔科夫链简介

2．1．2 相关定理证明

2．2 车辆到达模型

2．3 数据采集技术研究

2．3．1 数据采集技术分类

2．3．2 射频识别技术

2．4 本章小结

第3章 基于VANET的V2V以及V2P的双重模型研究

3．1 基于马尔可夫链的车流模型

3．2 相邻安全距离模型

3．3 基于监测驾驶员和行人行为的交通事故避免策略

3．3．1 基于多跳传输方式的V2V之间的避险模式

3．3．2 基于速度方式的V2P之间的避险模式

3．4 实验结果与分析

3．5 本章小结

第4章 基于模糊逻辑的多跳通信传输研究

4．1 改进的策略

4．1．1 模糊逻辑算法简介

4．1．2 隶属度函数(Membership Function)

4．2 改进算法

4．3 实验结果与分析

4．4 本章小结

第5章 基于TraCI4Matlab的案例仿真

5．1．1 SUMO使用

5．1．2 案例仿真

5．1．3 仿真结果与分析

5．2 汽车尾气CO2排放优化

5．2．1 尾气CO2排放公式优化

5．2．2 仿真结果与分析

5．3 本章小结

6．1 论文工作总结

6．2 未来工作展望

致谢

参考文献

研究生期间发表论文及参加项目情况

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